Графит ГАК-1

Графит ГАК-1 — природный кристаллический графит аккумуляторного назначения. Марка регламентирована ГОСТ 17022-81 «Графит. Типы, марки и общие технические требования» и предназначена для аккумуляторных изделий специального назначения. Материал представляет собой тонкодисперсный порошок тёмно-серого цвета с характерным металлическим блеском, жирный на ощупь.

ГАК-1 относится к группе кристаллических графитов, получаемых обогащением природных графитовых руд. От других марок аккумуляторной серии (ГАК-2, ГАК-3) отличается наиболее жёсткими нормами по зольности — не более 0,5 %, что обеспечивает высокую чистоту материала и минимальное содержание примесей, критичных для электрохимических процессов.

Физико-химические показатели графита ГАК-1 по ГОСТ 17022-81

Нормы качества марки ГАК-1 установлены таблицей 2 ГОСТ 17022-81. Ниже приведены основные нормируемые показатели.

Содержание летучих веществ для марки ГАК-1 стандартом не нормируется. Методы контроля показателей качества определены комплексом стандартов: зольность — по ГОСТ 17818.4-90, влага — по ГОСТ 17818.1-90, железо — по ГОСТ 17818.5-90, ионы хлора — по ГОСТ 17818.18-90, гранулометрический состав — по ГОСТ 17818.2-90, pH водной вытяжки — по ГОСТ 17818.6-90.

Гранулометрический состав порошка ГАК-1

Дисперсность графитового порошка ГАК-1 характеризуется двумя показателями тонины помола. Остаток на сите с сеткой №016 (размер ячейки 0,16 мм) не должен превышать 50 % — это означает, что не менее половины частиц порошка проходят через данное сито. Остаток на сите №0063 (размер ячейки 0,063 мм) нормируется в диапазоне от 50 до 90 %.

Такой гранулометрический состав обеспечивает оптимальную удельную поверхность частиц для формирования электропроводящего каркаса в активных массах щелочных аккумуляторов. Слишком мелкий помол увеличил бы потери при дозировке и ухудшил бы насыпные характеристики, а слишком крупный — снизил бы равномерность распределения графита в массе электрода.

Общие свойства кристаллического графита

Графит — аллотропная модификация углерода со слоистой гексагональной кристаллической структурой. Атомы углерода в каждом слое образуют правильные шестиугольники (так называемые «соты»), связанные прочными ковалентными связями. Между слоями действуют слабые ван-дер-ваальсовы силы, что обуславливает характерную способность графита легко расщепляться по плоскостям спайности, его мягкость (твёрдость 1 по шкале Мооса) и смазочные свойства.

Плотность и термические характеристики

Кристаллографическая плотность природного графита составляет 2,08–2,23 г/см³. Насыпная плотность порошковых марок значительно ниже и зависит от дисперсности, формы частиц и степени уплотнения.

При нормальном атмосферном давлении графит не плавится в привычном понимании — он сублимирует (переходит из твёрдого состояния непосредственно в газообразное) при температуре порядка 3600–3700 °C. Плавление графита возможно только при высоком давлении (по разным источникам — десятки мегапаскалей и выше). В кислородсодержащей атмосфере окисление природного графита начинается при температурах выше 400–500 °C.

Электропроводность графита

Графит обладает выраженной анизотропией электропроводности. В плоскости базисных слоёв проводимость близка к металлической и может достигать 10⁴–10⁵ См/м. Перпендикулярно слоям электропроводность в сотни раз ниже. Для порошковых форм (включая ГАК-1) фактическая проводимость существенно зависит от степени уплотнения, размера частиц и контактного давления между зёрнами.

Именно высокая электропроводность графита определяет его роль в качестве токопроводящей добавки в активных массах аккумуляторов — он формирует электропроводящий каркас, снижающий внутреннее сопротивление электрода.

Химическая стойкость

Графит инертен по отношению к большинству кислот, щелочей и солевых растворов при комнатной температуре. Не растворяется в органических растворителях. Взаимодействие с концентрированными окислителями (например, смесью серной и азотной кислот) возможно, но требует специальных условий. Эта химическая стойкость имеет практическое значение при работе в щелочных электролитах аккумуляторов (водный раствор KOH), где графит сохраняет стабильность в течение длительного срока.

Применение графита ГАК-1 в промышленности

Согласно ГОСТ 17022-81, марка ГАК-1 предназначена для аккумуляторных изделий специального назначения. На практике область промышленного использования включает несколько направлений.

Активные массы щелочных аккумуляторов

Основное назначение ГАК-1 — добавка в активные массы положительных электродов никель-кадмиевых и никель-железных щелочных аккумуляторов. Графит вводится совместно с гидроксидом никеля Ni(OH)₂ для повышения электропроводности активной массы. Низкая зольность и жёсткие ограничения по содержанию железа и ионов хлора критически важны: примеси железа способны провоцировать саморазряд аккумулятора, а ионы хлора — вызывать коррозию элементов конструкции.

Графитированные антифрикционные изделия

ГАК-1 применяется при получении антифрикционных графитированных изделий из цветных металлов и их сплавов. Графитовый порошок высокой чистоты выступает твердосмазочным компонентом, снижающим коэффициент трения в подшипниках, втулках и других узлах, работающих без жидкой смазки или при повышенных температурах.

Электродное производство

Аккумуляторные марки графита, включая ГАК-1, используются в производстве угольных электродов для электропечей и электролизёров. В этих условиях важна низкая зольность, поскольку минеральные примеси могут загрязнять выплавляемый металл и снижать срок службы электрода.

Сравнение марок аккумуляторного графита ГАК

Серия ГАК по ГОСТ 17022-81 включает три марки, различающиеся степенью чистоты и назначением. Все три марки относятся к кристаллическому типу графита.

Марка ГАК-1 выделяется наименьшей допустимой зольностью (0,5 % против 1,0 % у ГАК-2 и 2,0 % у ГАК-3) и более строгим ограничением по содержанию железа (0,15 % против 0,5 %). Это делает ГАК-1 предпочтительным материалом там, где предъявляются повышенные требования к чистоте — прежде всего, в изделиях специального назначения.

Требования к хранению и транспортировке

Графит ГАК-1 поставляется в виде сухого порошка. Стандартная упаковка — многослойные бумажные мешки массой нетто 30 кг. Хранение осуществляется в сухих закрытых складских помещениях, исключающих воздействие влаги и посторонних загрязнений. Контроль влажности при хранении важен, поскольку нормой установлен предел массовой доли влаги не более 1,0 %.

При транспортировке следует обеспечивать защиту упаковки от механических повреждений и намокания. Графитовый порошок не относится к опасным грузам, однако при работе с ним рекомендуется использовать средства защиты органов дыхания (респиратор) для предотвращения вдыхания мелкодисперсной пыли.

Контроль качества и приёмка

Методы испытаний графита ГАК-1 регламентированы комплексом стандартов серии ГОСТ 17818. Перечень нормируемых показателей качества для аккумуляторных марок установлен в таблице 5 ГОСТ 17022-81 и включает: массовую долю ионов хлора, железа, влаги, величину pH водной вытяжки, зольность и гранулометрический состав.

Отбор и подготовка проб для испытаний выполняются по ГОСТ 17817-78. Каждая партия графита должна сопровождаться документом о качестве, подтверждающим соответствие нормам ГОСТ 17022-81.

Роль графита в конструкции щелочного аккумулятора

В щелочных аккумуляторах (никель-кадмиевых типа НК, никель-железных типа НЖ) активная масса положительного электрода в заряженном состоянии содержит гидроксид никеля NiOOH с добавками оксида бария и графита. Графит выполняет функцию токопроводящей добавки: без него электропроводность прессованной массы гидроксида никеля была бы недостаточной для эффективного токосъёма.

Качество графита непосредственно влияет на эксплуатационные характеристики аккумулятора. Повышенное содержание железа увеличивает саморазряд, поскольку ионы железа участвуют в шунтирующих электрохимических реакциях. Ионы хлора могут инициировать коррозию металлических токоотводов. Избыточная зольность снижает реальное содержание углерода в добавке и уменьшает её электропроводящий эффект. Именно поэтому для изделий специального назначения применяется марка ГАК-1 с наиболее строгими нормами чистоты.

Формы поставки графита ГАК-1

Графит ГАК-1 поставляется в виде сухого графитового порошка. Стандартная фасовка — бумажные мешки по 30 кг. По согласованию с потребителем возможна поставка в иной таре, а также нестандартными партиями. Для уточнения наличия, условий и сроков поставки оформите заявку на сайте.